WO2024048029A1 - 燃焼設備の燃焼制御方法 - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N5/00—Systems for controlling combustion
Definitions
- the present invention adjusts the ratio between the fuel supplied to the burner through the fuel supply pipe and the combustion air supplied to the burner through the air supply pipe by an air ratio control system, and the combustion air is supplied from the burner into the furnace.
- the present invention relates to a combustion control method for a combustion facility that injects and burns fuel and fuel.
- the oxygen concentration sensor detects the oxygen concentration in the furnace, and adjusts the ratio of fuel and combustion air supplied to the burner. It is characterized in that the oxygen concentration in the furnace is maintained at a predetermined value to ensure stable combustion.
- the ratio of fuel supplied to the burner through the fuel supply pipe and combustion air supplied to the burner through the air supply pipe is adjusted so that the air ratio within the burner becomes a predetermined value.
- the burner then injects fuel and combustion air into the furnace for combustion.
- Patent Document 1 discloses that the air ratio is set as a fixed value in advance.
- the actual value of the supply pressure P0 is applied to a predetermined formula (A) showing the relationship between the fluid supply pressure P0 on the primary side of the flow rate regulating valve provided in the air supply system, and the fuel supply system and combustion air are supplied.
- the relationship between the valve opening degree S' and the flow rate coefficient V' of the flow rate adjustment valve is actually measured in advance, and the relationship between this measured flow rate coefficient V' and the flow rate coefficient V' is calculated in advance.
- the combustion amount is controlled while keeping the air ratio constant by comparing the flow rate coefficient V obtained by the above calculation to find the deviation and adjusting the valve opening so that this deviation becomes zero. It is shown.
- Patent Document 2 at least a measurement value of the opening degree of a fuel control valve with a known relationship between the flow coefficient and the opening degree, and a measurement value of the opening degree of a combustion air control valve with a known relationship between the flow coefficient and the opening degree. measured values of the supply temperature and supply pressure of the fuel supplied to the burner with a known flow coefficient, the measured values of the supply temperature and supply pressure of the combustion air supplied to the burner, and the measured value of the furnace temperature.
- the burner control device determines the combustion amount of the burner from the deviation between the measured value of the furnace temperature and the set value, and Calculating the opening degrees of the fuel control valve and the combustion air control valve corresponding to the fuel flow rate and combustion air flow rate that maintain the combustion amount of the burner by a compound throttling calculation so as to maintain a preset combustion air ratio; Adjust the openings of each of the control valves so that the measured openings of the fuel control valve and combustion air control valve match the calculated openings of the fuel control valve and combustion air control valve obtained by the composite throttling calculation.
- the burner control device When controlling the flow rate of fuel and combustion air, the burner control device constantly updates each measurement value to the latest measurement value and stores it for a predetermined time, and any of the measurement values is If the permissible range for the set value is exceeded, the update of the measured value will be stopped after a predetermined period of time has passed from the time when the permissible range has been exceeded, and at the time the update of the measured value is stopped, the above value stored in the burner control device will be updated.
- the cause of exceeding the permissible range is determined from each of the above measured values measured before the permissible range was exceeded and each of the above measured values measured after the above permissible range was exceeded, and the measured value of the above fuel supply pressure is suddenly changed.
- Patent Document 4 discloses a combustion equipment in which air supplied through an air supply pipe and fuel gas supplied through a fuel supply pipe are mixed in a desired ratio and combusted by a burner.
- a pressure equalization valve is provided in the fuel supply pipe, and an oxygen sensor is provided to the pressure equalization valve to guide air from the air supply pipe through the pressure guide pipe and to detect the oxygen concentration in the combustion exhaust gas after being combusted by the burner,
- An air ratio control device is provided to control the pressure of air guided from the air supply pipe to the pressure equalization valve through the pressure guide pipe based on the oxygen concentration in the combustion exhaust gas detected by the oxygen sensor, and an air supply that supplies air to the burner.
- a flow control valve for controlling the flow rate of air is provided in the middle of the pipe, and a first pressure impulse pipe is provided at a position upstream of the flow control valve, and a second pressure control pipe is provided at a position downstream of the flow control valve.
- a pressure pipe and a third impulse pipe that guides air to the pressure equalization valve are connected to a three-way regulating valve, and the three-way regulating valve is adjusted by an air ratio control device, and air is introduced to the pressure equalizing valve through the third pressure impulse pipe.
- a system is shown in which the pressure of the air being drawn is controlled.
- the amount of air entering the furnace decreases as the furnace pressure increases, and increases as the furnace pressure decreases.
- the combustion amount of the burner is changed, and some of the burners are extinguished or re-ignited.
- the amount of combustion exhaust gas from the burner changes greatly, causing the pressure inside the furnace to fluctuate greatly, and the amount of intruding air changes accordingly, causing the oxygen concentration inside the furnace to fluctuate.
- the present invention adjusts the ratio of fuel supplied to the burner through the fuel supply pipe and combustion air supplied to the burner through the air supply pipe by an air ratio control system, and provides combustion air from the burner into the furnace.
- the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in combustion equipment that ejects and burns fuel and fuel.
- the present invention provides a combustion control method for a combustion equipment that controls combustion in the combustion equipment as described above, in which atmospheric gas in the furnace is sucked into a sampling pipe and guided to an oxygen concentration sensor, and the oxygen concentration sensor collects oxygen in the furnace.
- the challenge is to ensure that the oxygen concentration in the furnace reaches a predetermined value so that stable combustion can occur. It is something to do.
- the ratio of fuel supplied to the burner through the fuel supply pipe and combustion air supplied to the burner through the air supply pipe is adjusted.
- the combustion air and fuel are regulated by an air ratio control system and the combustion air and fuel are ejected from the burner into the furnace for combustion.
- the oxygen concentration of the guided atmospheric gas is detected by the oxygen concentration sensor and outputted to the output control device, the moving average value of the oxygen concentration detected by the output control device is determined, and the oxygen concentration is detected by the output control device.
- the ratio of combustion air and fuel supplied to the burner is adjusted. , the adjustment is performed in stages at every predetermined control time (tx).
- the atmospheric gas in the furnace is guided to the oxygen concentration sensor through the sampling pipe, the oxygen concentration of the atmospheric gas in the furnace is detected by the oxygen concentration sensor, and the oxygen concentration is sent to the output control device.
- the moving average value of the oxygen concentration detected by the output control device is determined, and the output control device controls the air ratio control system based on the moving average value of the oxygen concentration to control the combustion air supplied to the burner.
- the air ratio control system adjusts the ratio between fuel and fuel, so even if the oxygen concentration in the furnace changes many times in a short period of time due to fluctuations in the combustion state in the burner, the air ratio control system There is no need to repeatedly adjust the ratio of combustion air and fuel supplied to the burner at short intervals, and hunting can be suppressed.
- the output control device controls the air ratio control system based on the moving average value of the oxygen concentration
- the output control device controls the oxygen concentration.
- the air ratio control system is controlled based on the moving average value of the concentration, and the ratio of combustion air and fuel supplied to the burner is adjusted stepwise at every predetermined control time (tx). .
- tx predetermined control time
- the output control device controls the air ratio control system based on the moving average value of the oxygen concentration, and controls the ratio of combustion air and fuel supplied to the burner over a predetermined control period (tx).
- tx control time
- ta detection elapsed time
- the above-mentioned air ratio control system can change the ratio of combustion air and fuel supplied to the burner, and the air ratio control system can change the ratio of combustion air and fuel supplied to the burner, while appropriately feeding back the oxygen concentration in the furnace. It is possible to adjust the proportion of combustion air and fuel used, and in particular it is preferable to adjust the control time (tx) to the detected elapsed time (ta).
- the oxygen concentration of the atmospheric gas in the furnace guided by the sampling pipe is detected by the oxygen concentration sensor, and the moving average value of the detected oxygen concentration is output-controlled.
- the air ratio control system is determined based on the moving average value of the oxygen concentration determined by the device, and the ratio of combustion air and fuel supplied to the burner is adjusted stepwise at each predetermined control time (tx). Since the air ratio control system adjusts the oxygen concentration in the furnace, even if the oxygen concentration in the furnace changes many times in a short period of time due to fluctuations in the combustion state in the burner, the air ratio control system can adjust the amount of combustion air supplied to the burner. There is no need to repeatedly adjust the ratio of air and fuel at short intervals, and the air ratio control system easily adjusts the ratio of combustion air and fuel supplied to the burner to the appropriate ratio at the appropriate time. can be adjusted to.
- the air ratio control system By simply and appropriately adjusting the ratio of combustion air and fuel supplied to the furnace, the oxygen concentration in the furnace becomes a predetermined value, and stable combustion can be performed.
- FIG. 1 is a schematic explanatory diagram showing the state of combustion equipment used in the combustion equipment combustion control method according to the embodiment of the present invention.
- the actual change in oxygen concentration in the furnace the change in oxygen concentration detected by the oxygen concentration sensor, and the moving average of the oxygen concentration determined by the output control device.
- FIG. 3 is a timing diagram illustrating changes in values and changes in air ratio within a burner controlled by an air ratio control system.
- combustion control method for combustion equipment according to an embodiment of the present invention will be specifically described based on the accompanying drawings. Note that the combustion control method for combustion equipment according to the present invention is not limited to that shown in the embodiments below, and can be implemented with appropriate modifications within the scope of the gist of the invention.
- a burner 20 is provided in a furnace 10, and a fuel gas such as city gas, etc.
- a fuel gas such as city gas, etc.
- combustion air Air is supplied through the air supply pipe 40, and the combustion air Air and fuel gas G are ejected from the burner 20 into the furnace 10 and burned.
- the fuel gas G is supplied to the burner 20 through the fuel supply pipe 30 as described above, and the combustion air Air is supplied to the burner 20 through the air supply pipe 40.
- the flow rate adjustment valve 31 provided and the flow rate adjustment valve 41 provided in the air supply pipe 40 are adjusted by the air ratio control system 50 to control the ratio of the fuel gas G and combustion air Air supplied to the burner 20,
- the amount of combustion in the burner 20 and the air ratio ⁇ in the burner 20 are adjusted to predetermined values, and the fuel gas G and combustion air Air are ejected from the burner 20 into the furnace 10 for combustion. (The illustrations of doors, flues, etc. are omitted.)
- the atmospheric gas in the furnace 10 is guided from the suction port 11 through the collection tube 12 to the oxygen concentration sensor 51, and the oxygen concentration of the guided atmospheric gas is detected by the oxygen concentration sensor 51. ing.
- the oxygen concentration sensor 51 when guiding the atmospheric gas in the furnace 10 from the suction port 11 through the sampling tube 12 to the oxygen concentration sensor 51, the oxygen concentration sensor 51 is sensitive to heat and is exposed to heat from the furnace 10 and the inside of the furnace 10 guided through the sampling tube 12.
- the length of the sampling tube 12 is increased and the oxygen concentration sensor 51 is placed at a position away from the furnace 10, as shown in FIG. It is set up. Therefore, a detection elapsed time ta is required, which is the elapsed time from when the atmospheric gas in the furnace 10 is introduced to the oxygen concentration sensor 51 through the sampling tube 12 until the oxygen concentration is detected.
- the oxygen concentration of the atmospheric gas guided by the oxygen concentration sensor 51 is detected as described above, and the oxygen concentration thus detected is output from the oxygen concentration sensor 51 to the output control device 52. , a moving average value of the oxygen concentration detected by this output control device 52 is determined.
- the calculation time for calculating the moving average value is not particularly limited. If the number of changes due to changes in the oxygen concentration in the furnace increases, and the calculation time becomes too long, it becomes difficult to sufficiently detect changes in the oxygen concentration in the furnace.
- the burner 20 is a pair of regeneration burners that alternately repeats combustion and heat storage
- the cycle time for performing the cycle operation of combustion and heat storage may be used as the calculation time to calculate the moving average value. In the case of a normal burner 20, the calculation time is generally shorter than that in the case of a regenerative burner. Note that the calculation time may be determined based on experiments or past data.
- the output control device 52 controls the air ratio control system 50 based on the moving average value of the oxygen concentration calculated by the output control device 52 as described above, and the air ratio control system 50 controls the fuel consumption.
- the flow rate adjustment valve 31 provided in the supply pipe 30 and the flow rate adjustment valve 41 provided in the air supply pipe 40 are adjusted to control the ratio of the fuel gas G and combustion air Air supplied to the burner 20.
- the air ratio ⁇ in the air is adjusted.
- the output control device 52 calculates the moving average value of the oxygen concentration. Based on this, the air ratio control system 50 is controlled, and the ratio of combustion air Air and fuel gas G supplied to the burner 20 is adjusted every predetermined control time tx, thereby controlling the air ratio ⁇ in the burner 20. The control is performed every time tx.
- the air ratio control system 50 adjusts the ratio of combustion air Air and fuel gas G supplied to the burner 20 to an appropriate level.
- the timing can be controlled, and the ratio of combustion air Air and fuel gas G supplied to the burner 20 can be changed to easily adjust the air ratio ⁇ in the burner 20.
- the output control device 52 controls the air ratio control system 50 based on the moving average value of the oxygen concentration to control the ratio of the combustion air Air and the fuel gas G supplied to the burner 20 in a predetermined manner.
- the control time tx is set to be equal to or longer than the detection elapsed time ta from when the atmospheric gas in the furnace 10 is guided to the oxygen concentration sensor 51 through the sampling tube 12 until the oxygen concentration is detected.
- the ratio of combustion air Air and fuel gas G supplied to the burner 20 can be adjusted by an air ratio control system 50 while appropriately feeding back the oxygen concentration in the furnace 10.
- the detection elapsed time ta can be determined by actual measurement or calculation.
- atmospheric gas in the furnace 10 is guided to the oxygen concentration sensor 51 through the sampling pipe 12 to detect the oxygen concentration, and the oxygen concentration detected by the output control device 52
- the moving average value of the oxygen concentration is calculated, and the air ratio control system 50 is controlled based on the calculated moving average value of the oxygen concentration, and the ratio of the combustion air Air and the fuel gas G to be supplied to the burner 20 is adjusted.
- An example of controlling the air ratio ⁇ in the burner 20 will be explained based on FIG. 2.
- FIG. 2 changes in the actual oxygen concentration within the furnace 10, changes in the oxygen concentration detected by the oxygen concentration sensor 51, and changes in the moving average value of the oxygen concentration determined by the output control device 52 are shown. It shows the timing of the change in air ratio in the burner controlled by the air ratio control system 50, and the purpose is to control the moving average value of oxygen concentration to fall within a predetermined range.
- the change in the oxygen concentration detected by the oxygen concentration sensor 51 with respect to the change in the oxygen concentration in the furnace 10 is caused by the atmospheric gas in the furnace 10 being collected by the oxygen concentration sensor 51 through the sampling tube 12.
- the oxygen concentration is shifted by the detection elapsed time ta until the oxygen concentration is detected.
- the detection elapsed time ta is 10 seconds.
- the output control device 52 calculates a change in the moving average value of the oxygen concentration, and calculates the change in the oxygen concentration at each calculated predetermined control time tx. Based on the moving average value, the output control device 52 controls the air ratio control system 50, and the air ratio control system 50 controls the ratio of the combustion air Air and the fuel gas G supplied to the burner 20 as described above. It is adjusted at every time tx.
- the fluctuation range of the oxygen concentration detected by the oxygen concentration sensor 51 can be reduced, making it easier to control.
- the control time tx is set to 10 seconds, which is the same as the detection elapsed time ta, and the detection time is set to 10 seconds, which is the same as the detection elapsed time ta, until the atmospheric gas in the furnace 10 is introduced to the oxygen concentration sensor 51 and the oxygen concentration is detected. He is trying to adjust the ratio of combustion air Air and fuel gas G supplied to the burner 20 by the air ratio control system 50 while giving feedback every elapsed time ta. Note that if the control time tx is longer than the detection elapsed time ta, the control is based on the result of the change in oxygen concentration, so the control time tx only needs to be longer than the detection elapsed time ta. (In the above example, it may be 10 seconds or more.)
- the ratio of the combustion air Air and the fuel gas G supplied to the burner 20 is adjusted by the air ratio control system 50 for each control time tx.
- the air ratio ⁇ in the burner 20 is changed stepwise at each control time tx based on the change in the moving average value of the oxygen concentration at each control time tx.
- the change in the moving average value is small, the air ratio ⁇ in the burner 20 is kept constant, while when the change in the moving average value of the oxygen concentration during the control time tx is large, the moving average value of the oxygen concentration is kept constant.
- the air ratio ⁇ in the burner 20 is changed stepwise in accordance with the change in the air ratio ⁇ in the burner 20, and the steps in which the air ratio ⁇ in the burner 20 is changed are adjusted in accordance with the magnitude of the change in the moving average value of the oxygen concentration. .
- the moving average value of oxygen concentration is set to a predetermined range of 1.8 to 2.2%, and the air ratio ⁇ in the burner 20 is set to the state shown in the figure. I try to keep it in place.
- the air ratio ⁇ in the burner 20 is decreased by one step (0.02) to return it to a predetermined range, and the oxygen concentration If the moving average value of increases to 2.4% or more, the air ratio ⁇ in the burner 20 is reduced by two steps (0.04) to quickly return it to a predetermined range.
- the air ratio ⁇ in the burner 20 is increased by one step (0.02) to return it to a predetermined range, and the oxygen concentration
- the air ratio ⁇ in the burner 20 is increased by two steps (0.04) to quickly return it to a predetermined range. Note that the number of stages and the amount of change are determined as appropriate.
Abstract
バーナー20に供給する燃料ガスGと燃焼用空気Airとの割合を空気比制御システム50により調整して、バーナーから炉10内に燃焼用空気と燃料ガスとを噴出させて燃焼させるにあたり、炉10内における雰囲気ガスを採取管12により酸素濃度センサー51に導き、酸素濃度センサーにより検知された酸素濃度を出力制御装置52に出力し、出力制御装置によって酸素濃度の移動平均値を求め、出力制御装置により、酸素濃度の移動平均値に基づいて空気比制御システムを制御して、バーナーに供給する燃焼用空気と燃料との割合を調整する。
Description
本発明は、燃料供給管を通してバーナーに供給される燃料と、空気供給管を通してバーナーに供給される燃焼用空気との割合を空気比制御システムにより調整し、前記のバーナーから炉内に燃焼用空気と燃料とを噴出させて燃焼させる燃焼設備の燃焼制御方法に関するものである。特に、炉内における雰囲気ガスを採取管に吸い込んで酸素濃度センサーに導き、酸素濃度センサーにより炉内の酸素濃度を検知して、バーナーに供給される燃料と燃焼用空気の割合を調整するにあたり、炉内における酸素濃度が所定の値になるようにして、安定した燃焼が行えるようにした点に特徴を有するものである。
従来から、燃焼設備においては、燃料供給管を通してバーナーに供給される燃料と、空気供給管を通してバーナーに供給される燃焼用空気の割合を調整し、バーナー内における空気比が所定の値になるようにして、このバーナーから炉内に燃料と燃焼用空気とを噴出させて燃焼させるようにしている。
ここで、バーナー内における空気比が所定の値になるようにして、このバーナーから炉内に燃料と燃焼用空気とを噴出させて燃焼させるにあたり、特許文献１においては、予め固定値として設定されたバーナーの流量係数Ｎと、前記バーナーの燃焼量に対して予め設定された燃料流量並びにこの燃料流量と予め設定された空気比とから求められる燃焼用空気の流量と、燃料供給系及び燃焼用空気供給系に設けた流量調整弁の一次側における流体の供給圧力Ｐ０との関係を示す所定の式（Ａ）に前記供給圧力Ｐ０の実測値を適用して前記燃料供給系及び燃焼用空気供給系に設けた流量調整弁の流量係数Ｖをそれぞれ演算するとともに、予め前記流量調整弁の弁開度Ｓ’と流量係数Ｖ’との関係を実測しておき、この実測した流量係数Ｖ’と前記演算により求めた流量係数Ｖとを比較して偏差を求め、この偏差が零となるように弁開度を調整することで空気比を一定に保持したまま燃焼量を制御するようにしたものが示されている。
また、特許文献２においては、少なくとも、流量係数と開度の関係が既知の燃料制御弁の開度の測定値と、流量係数と開度の関係が既知の燃焼空気制御弁の開度の測定値と、流量係数が既知のバーナーに供給される燃料の供給温度及び供給圧力の測定値と、上記バーナーに供給される燃焼空気の供給温度及び供給圧力の測定値と、炉内温度の測定値と、炉内圧力の測定値とをバーナー制御装置に入力し、上記バーナー制御装置が、上記炉内温度の測定値と設定値との偏差から上記バーナーの燃焼量を決定し、上記決定されたバーナーの燃焼量を維持する燃料流量と燃焼空気流量に対応する上記燃料制御弁及び上記燃焼空気制御弁の開度を、予め設定された燃焼空気比を維持するように複合絞り演算により演算し、上記燃料制御弁及び燃焼空気制御弁の開度の測定値が上記複合絞り演算により求めた燃料制御弁及び燃焼空気制御弁の開度の演算値と一致するよう上記各制御弁の開度を調整して燃料及び燃焼空気の流量を制御する際、上記バーナー制御装置において上記各測定値を常時最新の測定値に更新しながら所定時間分保存するとともに、上記測定値のいずれかが上記各測定項目の設定値に対する許容範囲を越えた場合、この許容範囲を越えた時点から所定時間経過したのち測定値の更新を停止し、測定値の更新を停止した時点でバーナー制御装置に保存されている上記許容範囲を越える前に測定した上記それぞれの測定値と上記許容範囲を越えた後に測定した上記それぞれの測定値とから許容範囲を越えた原因を判断し、上記燃料の供給圧力の測定値が急低下して上記許容範囲を超えたが上記炉内温度と上記炉内圧力は上記許容範囲内である場合に、上記燃料の供給圧力を測定する圧力センサーの故障が原因であると判断するようにしたものが示されている。
また、特許文献３においては、バーナー内における空気比を適切に制御するにあたり、予混合された燃焼前のガスをサンプリングし燃焼させ、その還元率Ａ＝［ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ］／［ＣＯ＋Ｈ２］を測定し、該還元率Ａを換算した空気比測定値を得、前記空気比測定値と予め設定された空気比設定値との偏差を前記予混合装置のミキシングバルブにフィードバックすることにより、前記プレミックスバーナーの燃料ガスと空気の混合比を制御するようにしたものが示されている。
また、特許文献４においては、空気供給管を通して供給される空気と、燃料供給管を通して供給される燃料ガスとを所望の割合になるように混合させて、バーナーにより燃焼させる燃焼設備において、前記の燃料供給管に均圧弁を設け、この均圧弁に前記の空気供給管から導圧管を通して空気を導くと共に、前記のバーナーにより燃焼された後の燃焼排ガス中における酸素濃度を検出する酸素センサーを設け、酸素センサーによって検出された燃焼排ガス中における酸素濃度に基づいて、空気供給管から導圧管を通して均圧弁に導かれる空気の圧力を制御する空気比制御装置を設けると共に、バーナーに空気を供給する空気供給管の途中の位置に空気の流量を制御する流量制御弁を設け、この流量制御弁の上流側の位置に設けた第１導圧管と、流量制御弁の下流側の位置に設けた第２導圧管と、均圧弁に空気を導く第３導圧管とを三方調整弁に接続させ、空気比制御装置により前記の三方調整弁を調整して、前記の第３導圧管を通して前記の均圧弁に導かれる空気の圧力を制御するようにしたものが示されている。
しかし、実際の燃焼設備には、炉と扉との間の隙間や、炉の壁面における継ぎ目や亀裂等の隙間を通して外部から炉内に侵入する侵入空気が存在し、炉内ではそれが燃焼用空気と混合して燃料を燃焼させているため、実際に燃焼が行われている炉内における酸素濃度から換算される空気比は、バーナーで調整したバーナー内における空気比とは異なってしまっている。
また、炉内に侵入する侵入空気の量は、炉内圧力が高くなると減少し、炉内圧力が低くなると増加する。
また、燃焼設備の操業では炉内温度の変更や調整のため、バーナーの燃焼量を変化させたり、複数のバーナーのうちの一部を消火したり再点火したりしているが、そのときにバーナーの燃焼排ガスの量が大きく変わって炉内圧力が大きく変動し、それに伴って侵入空気の量が変動し、炉内における酸素濃度が変動してしまう。
このように、従来の燃焼設備においては、前記のようにバーナー内における空気比を適正に調整しても、実際に燃焼している炉内においては、炉内における酸素濃度が変動して適正な範囲を外れてしまい、炉内でススが発生したり、燃焼排ガスのＣＯやＮＯｘが増加したりするという問題がある。
しかし、前記の特許文献１～４に示されているものにおいては、バーナーから炉内に燃料と燃焼用空気とを噴出させ、炉内において燃料と燃焼用空気とが、所定の空気比になるようにして燃焼させるにあたり、前記のような問題の対策がなされていない。
さらに、従来の燃焼設備において、炉内における雰囲気ガスを採取管に吸い込んで酸素濃度センサーに導き、炉内の酸素濃度を検知するようにした場合、特許文献５に示されるように、雰囲気ガスが採取管を通して酸素濃度センサーに導かれるまでに時間を要し、酸素濃度センサーによって検知される酸素濃度は実際には調整後の炉内の酸素濃度ではないため、その時点において検知された酸素濃度だけに基づいて、バーナーにおける空気比を調整するようにしても、炉内における酸素濃度が所定の値になるように燃焼させることが困難になるという問題もあった。
本発明は、燃料供給管を通してバーナーに供給される燃料と、空気供給管を通してバーナーに供給される燃焼用空気との割合を空気比制御システムにより調整し、前記のバーナーから炉内に燃焼用空気と燃料とを噴出させて燃焼させる燃焼設備における前記のような問題を解決することを課題とするものである。
すなわち、本発明は、前記のような燃焼設備における燃焼を制御する燃焼設備の燃焼制御方法において、炉内における雰囲気ガスを採取管に吸い込んで酸素濃度センサーに導き、酸素濃度センサーにより炉内の酸素濃度を検知して、バーナーに供給される燃料と燃焼用空気の割合を調整するにあたり、炉内における酸素濃度が所定の値になるようにして、安定した燃焼が行えるようにすることを課題とするものである。
本発明に係る燃焼設備の燃焼制御方法においては、前記のような課題を解決するため、燃料供給管を通してバーナーに供給される燃料と、空気供給管を通してバーナーに供給される燃焼用空気との割合を空気比制御システムにより調整し、前記のバーナーから炉内に燃焼用空気と燃料とを噴出させて燃焼させる燃焼設備の燃焼制御方法において、炉内における雰囲気ガスを採取管により酸素濃度センサーに導き、導かれた雰囲気ガスの酸素濃度を前記の酸素濃度センサーにより検知して出力制御装置に出力し、前記の出力制御装置によって検知された酸素濃度の移動平均値を求め、前記の出力制御装置により、酸素濃度の移動平均値に基づいて前記の空気比制御システムを制御し、バーナーに供給する燃焼用空気と燃料との割合を調整するにあたり、バーナーに供給する燃焼用空気と燃料との割合を、所定の制御時間（ｔｘ）毎に段階的に調整するようにした。
そして、本発明における燃焼設備の燃焼制御方法においては、炉内における雰囲気ガスを採取管により酸素濃度センサーに導いて、炉内の雰囲気ガスの酸素濃度を酸素濃度センサーにより検知して出力制御装置に出力し、出力制御装置によって検知された酸素濃度の移動平均値を求め、この出力制御装置により、酸素濃度の移動平均値に基づいて空気比制御システムを制御して、バーナーに供給する燃焼用空気と燃料との割合を調整するようにしたため、バーナーにおける燃焼状態の変動等によって、炉内における酸素濃度が短いタイミングで何度も変化する場合においても、これに対応して、空気比制御システムによってバーナーに供給する燃焼用空気と燃料との割合を短いタイミングで何度も調整する必要がなく、ハンチングを抑制することができる。
また、本発明に係る燃焼設備の燃焼制御方法においては、前記の出力制御装置により、酸素濃度の移動平均値に基づいて前記の空気比制御システムを制御するにあたり、前記の出力制御装置により、酸素濃度の移動平均値に基づいて前記の空気比制御システムを制御し、バーナーに供給する燃焼用空気と燃料との割合を、所定の制御時間（ｔｘ）毎に段階的に調整するようにしている。このようにすると、炉内における酸素濃度の変化を適当なタイミングで検知して、空気比制御システムによりバーナーに供給する燃焼用空気と燃料との割合を適切なタイミングで適切な割合になるように制御することができ、また空気比制御システムによって、バーナーに供給する燃焼用空気と燃料との割合を変更させる操作を適切なタイミングで簡単に行えるようになる。
また、前記のように出力制御装置により、酸素濃度の移動平均値に基づいて前記の空気比制御システムを制御し、バーナーに供給する燃焼用空気と燃料との割合を所定の制御時間（ｔｘ）毎に調整するにあたり、制御時間（ｔｘ）が、炉内の雰囲気ガスが前記の採取管により酸素濃度センサーに導かれて酸素濃度が検知されるまでの検知経過時間（ｔａ）以上になるようにすることが好ましい。このようにすると、採取管により採取された炉内の雰囲気ガスが酸素濃度センサーに導かれて酸素濃度が検知されたときの、前記の出力制御装置によって求められた酸素濃度の移動平均値に基づいて、前記の空気比制御システムにより、バーナーに供給する燃焼用空気と燃料との割合を変更させることができ、炉内における酸素濃度を適切にフィードバックさせながら、空気比制御システムにより、バーナーに供給する燃焼用空気と燃料との割合を調整することができ、特に、前記の制御時間（ｔｘ）を検知経過時間（ｔａ）に合わせることが好ましい。
本発明における燃焼設備の燃焼制御方法においては、前記のように採取管によって導かれた炉内の雰囲気ガスの酸素濃度を酸素濃度センサーにより検知し、検知された酸素濃度の移動平均値を出力制御装置により求め、求めた酸素濃度の移動平均値に基づいて空気比制御システムを制御して、バーナーに供給する燃焼用空気と燃料との割合を、所定の制御時間（ｔｘ）毎に段階的に調整するようにしたため、バーナーにおける燃焼状態の変動等によって、炉内における酸素濃度が短いタイミングで何度も変化する場合においても、これに対応して、空気比制御システムによってバーナーに供給する燃焼用空気と燃料との割合を短いタイミングで何度も調整する必要がなく、空気比制御システムによってバーナーに供給する燃焼用空気と燃料との割合を適切なタイミングで適切な割合になるようにして簡単に調整できるようになる。
この結果、本発明における燃焼設備の燃焼制御方法においては、バーナーにおける燃焼状態の変動等によって、炉内における酸素濃度が短いタイミングで何度も変化する場合においても、前記の空気比制御システムによってバーナーに供給する燃焼用空気と燃料との割合を簡単かつ適切に調整して、炉内における酸素濃度が所定の値になるようにして、安定した燃焼が行えるようになる。
以下、本発明の実施形態に係る燃焼設備の燃焼制御方法を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明に係る燃焼設備の燃焼制御方法は、下記の実施形態に示したものに限定されず、発明の要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施できるものである。
この実施形態に係る燃焼設備の燃焼制御方法においては、図１に示すように、炉１０にバーナー２０を設け、前記のバーナー２０に、燃料供給管３０を通して燃料である都市ガス等の燃料ガスＧを供給すると共に、空気供給管４０を通して燃焼用空気Ａｉｒを供給し、このバーナー２０から燃焼用空気Ａｉｒと燃料ガスＧとを炉１０内に噴出させて燃焼させるようにしている。
そして、この実施形態においては、前記のようにバーナー２０に、燃料供給管３０を通して燃料ガスＧを供給すると共に、空気供給管４０を通して燃焼用空気Ａｉｒを供給するにあたり、前記の燃料供給管３０に設けた流量調整弁３１と空気供給管４０に設けた流量調整弁４１とを空気比制御システム５０により調整して、バーナー２０に供給する燃料ガスＧと燃焼用空気Ａｉｒとの割合を制御し、バーナー２０における燃焼量とバーナー２０内における空気比μを所定の値に調整して、バーナー２０から燃料ガスＧと燃焼用空気Ａｉｒとを炉１０内に噴出させて燃焼させるようにしている。（なお、扉や煙道などの図示は省略する。）
また、この実施形態においては、炉１０内における雰囲気ガスを吸引口１１から採取管１２を通して酸素濃度センサー５１に導き、導かれた雰囲気ガスの酸素濃度を前記の酸素濃度センサー５１によって検知するようにしている。
ここで、炉１０内における雰囲気ガスを吸引口１１から採取管１２を通して酸素濃度センサー５１に導くにあたり、酸素濃度センサー５１は熱に弱く、炉１０による熱や、採取管１２を通して導かれる炉１０内に雰囲気ガスの熱によって酸素濃度センサー５１が故障しないようにするため、図１に示すように、前記の採取管１２の長さを長くして、酸素濃度センサー５１を炉１０から離れた位置に設けている。このため、炉１０内の雰囲気ガスが採取管１２を通して酸素濃度センサー５１に導かれて酸素濃度が検知されるまでの経過時間、検知経過時間ｔａが必要になる。
そして、この実施形態においては、前記のように酸素濃度センサー５１によって導かれた雰囲気ガスの酸素濃度を検知し、このように検知された酸素濃度を酸素濃度センサー５１から出力制御装置５２に出力し、この出力制御装置５２によって検知された酸素濃度の移動平均値を求めるようにしている。
ここで、出力制御装置５２により、酸素濃度センサー５１によって検知された酸素濃度の移動平均値を求めるにあたり、移動平均値を算出する算出時間は特に限定されないが、その算出時間が短いと、炉内における酸素濃度の変化に基づく変化が多くなる一方、算出時間が長くなりすぎると、炉内における酸素濃度の変化を十分に検知することが困難になる。例えば、前記のバーナー２０が燃焼と蓄熱とを交互に繰り返して行う対になったリジェネバーナーである場合には、燃焼・蓄熱のサイクル動作を行うサイクル時間を算出時間として移動平均値を算出させることができ、通常のバーナー２０の場合には、リジェネバーナーの場合に比べて、一般に算出時間が短くなるようにする。なお、算出時間は、実験や過去のデータに基づいて決定してもよい。
そして、前記のように出力制御装置５２において算出した酸素濃度の移動平均値に基づいて、出力制御装置５２により前記の空気比制御システム５０を制御するようにし、前記の空気比制御システム５０により燃料供給管３０に設けた流量調整弁３１と空気供給管４０に設けた流量調整弁４１とを調整し、バーナー２０に供給する燃料ガスＧと燃焼用空気Ａｉｒとの割合を制御して、バーナー２０内における空気比μを調整するようにしている。
ここで、前記のように出力制御装置５２において算出した酸素濃度の移動平均値に基づいて、空気比制御システム５０を制御するにあたっては、前記の出力制御装置５２により、酸素濃度の移動平均値に基づいて前記の空気比制御システム５０を制御し、バーナー２０に供給する燃焼用空気Ａｉｒと燃料ガスＧとの割合を所定の制御時間ｔｘ毎に調整して、バーナー２０内における空気比μを制御時間ｔｘ毎に制御するようにしている。
このようにすると、炉１０内における酸素濃度の変化を適当なタイミングで検知して、前記の空気比制御システム５０により、バーナー２０に供給する燃焼用空気Ａｉｒと燃料ガスＧとの割合を適切なタイミングで制御することができ、バーナー２０に供給する燃焼用空気Ａｉｒと燃料ガスＧとの割合を変更させて、バーナー２０内における空気比μを調整する操作が簡単に行えるようになる。
また、出力制御装置５２により、酸素濃度の移動平均値に基づいて、前記の空気比制御システム５０を制御して、バーナー２０に供給する燃焼用空気Ａｉｒと燃料ガスＧとの割合を所定の制御時間ｔｘ毎に調整するにあたっては、制御時間ｔｘが、炉１０内の雰囲気ガスが採取管１２により酸素濃度センサー５１に導かれて酸素濃度が検知されるまでの検知経過時間ｔａ以上になるようにし、炉１０内における酸素濃度を適切にフィードバックさせながら、空気比制御システム５０により、バーナー２０に供給する燃焼用空気Ａｉｒと燃料ガスＧとの割合を調整できるようにしている。
このようにすると、バーナー２０に供給する燃焼用空気Ａｉｒと燃料ガスＧとの割合を変更させたことによって炉１０内における酸素濃度が変化した結果に基づいた制御が可能になり、本来のフィードバック制御の姿となる。
ここで、検知経過時間ｔａは、実測や計算などによって求めることができる。
次に、この実施形態に係る燃焼設備の燃焼制御方法により、炉１０内における雰囲気ガスを採取管１２により酸素濃度センサー５１に導いて酸素濃度を検知し、出力制御装置５２により検知された酸素濃度の移動平均値を算出し、算出された酸素濃度の移動平均値に基づいて前記の空気比制御システム５０を制御し、バーナー２０に供給する燃焼用空気Ａｉｒと燃料ガスＧとの割合を調整して、バーナー２０内における空気比μを制御する例を、図２に基づいて説明する。
ここで、図２においては、炉１０内における実際の酸素濃度の変化と、酸素濃度センサー５１によって検知された酸素濃度の変化と、出力制御装置５２によって求められた酸素濃度の移動平均値の変化と、空気比制御システム５０により制御されたバーナー内における空気比の変化とのタイミングを示しており、酸素濃度の移動平均値が所定の範囲に入るように制御することを目的としている。
そして、図２に示すように、炉１０内における酸素濃度の変化に対して、酸素濃度センサー５１によって検知された酸素濃度の変化は、炉１０内の雰囲気ガスが採取管１２により酸素濃度センサー５１に導かれて酸素濃度が検知されるまでの検知経過時間ｔａだけずれて変化している。なお、この例においては、前記の検知経過時間ｔａが１０秒になっている。
次いで、このように酸素濃度センサー５１によって検知された酸素濃度の変化に基づいて、出力制御装置５２によって酸素濃度の移動平均値の変化を算出し、算出した所定の制御時間ｔｘ毎における酸素濃度の移動平均値に基づいて、出力制御装置５２により前記の空気比制御システム５０を制御し、空気比制御システム５０により、バーナー２０に供給する燃焼用空気Ａｉｒと燃料ガスＧとの割合を前記の制御時間ｔｘ毎に調整するようにしている。
このように移動平均値とすることにより、酸素濃度センサー５１によって検知された酸素濃度の振れ幅を小さくし、制御しやすくできる。
ここで、この例においては、前記の制御時間ｔｘは前記の検知経過時間ｔａと同じ１０秒にし、炉１０内の雰囲気ガスが酸素濃度センサー５１に導かれて酸素濃度が検知されるまでの検知経過時間ｔａ毎にフィードバックさせながら、空気比制御システム５０により、バーナー２０に供給する燃焼用空気Ａｉｒと燃料ガスＧとの割合を調整するようにしている。なお、制御時間ｔｘは検知経過時間ｔａよりも長ければ、酸素濃度が変化した結果に基づいた制御になるので、制御時間ｔｘは検知経過時間ｔａよりも長ければよい。（上の例では１０秒以上であってもよい。）
そして、前記のように制御時間ｔｘ毎における酸素濃度の移動平均値に基づいて、空気比制御システム５０によりバーナー２０に供給する燃焼用空気Ａｉｒと燃料ガスＧとの割合を制御時間ｔｘ毎に調整すると、バーナー２０内における空気比μが、制御時間ｔｘ毎における酸素濃度の移動平均値の変化に基づいて、制御時間ｔｘ毎に段階的に変化されるようになり、制御時間ｔｘにおける酸素濃度の移動平均値の変化が少ない場合には、バーナー２０内における空気比μは一定に保たれる一方、制御時間ｔｘにおける酸素濃度の移動平均値の変化が大きい場合には、酸素濃度の移動平均値の変化に合わせてバーナー２０内における空気比μを段階的に変化させ、酸素濃度の移動平均値の変化の大きさに合わせて、バーナー２０内における空気比μを変化させる段階を調整している。
すなわち、酸素濃度の移動平均値の所定範囲からの外れ具合が大きいほど空気比を大きく変化させ、早く所定範囲に戻すことを試みている。
具体的な一例として、図２に示す例においては、酸素濃度の移動平均値が１．８～２．２％を所定範囲とし、バーナー２０内における空気比μを、同図に示すような状態に保持させるようにしている。
そして、酸素濃度の移動平均値が２．２～２．４％まで増加した場合には、バーナー２０内における空気比μを１段階(０．０２)減らして所定範囲に戻すようにし、酸素濃度の移動平均値が２．４％以上に増加した場合には、バーナー２０内における空気比μを２段階(０．０４)減らして所定範囲に早く戻すようにする。
また、酸素濃度の移動平均値が１．６～１．８％まで減少した場合には、バーナー２０内における空気比μを１段階(０．０２)増やして所定範囲に戻すようにし、酸素濃度の移動平均値が１．６％以下に減少した場合には、バーナー２０内における空気比μを２段階(０．０４)増やして所定範囲に早く戻すようにする。なお、この段階の数や変化量は、適宜決定する。
このようにすると、バーナー２０における燃焼状態の変動等によって、炉１０内における酸素濃度が短いタイミングで何度も変化する場合や、炉１０内における酸素濃度が大きく変化する場合においても、これに対応して、空気比制御システム５０によってバーナー２０に供給する燃焼用空気Ａｉｒと燃料ガスＧとの割合を短いタイミングで何度も調整する必要がなく、空気比制御システム５０により、バーナー２０に供給する燃焼用空気Ａｉｒと燃料ガスＧとの割合を、制御時間ｔｘ毎に酸素濃度の変化に対応する段階に調整して、炉１０内における酸素濃度が適切な値になるように、バーナー２０内における空気比μを簡単かつ適切に調整できるようになる。
１０ ：炉
１１ ：吸引口
１２ ：採取管
２０ ：バーナー
３０ ：燃料供給管
３１ ：流量調整弁
４０ ：空気供給管
４１ ：流量調整弁
５０ ：空気比制御システム
５１ ：酸素濃度センサー
５２ ：出力制御装置
Ａｉｒ ：燃焼用空気
Ｇ ：燃料ガス
ｔａ ：検知経過時間
ｔｘ ：制御時間
μ ：空気比
１１ ：吸引口
１２ ：採取管
２０ ：バーナー
３０ ：燃料供給管
３１ ：流量調整弁
４０ ：空気供給管
４１ ：流量調整弁
５０ ：空気比制御システム
５１ ：酸素濃度センサー
５２ ：出力制御装置
Ａｉｒ ：燃焼用空気
Ｇ ：燃料ガス
ｔａ ：検知経過時間
ｔｘ ：制御時間
μ ：空気比
Claims (3)
- 燃料供給管を通してバーナーに供給される燃料と、空気供給管を通してバーナーに供給される燃焼用空気との割合を空気比制御システムにより調整し、前記のバーナーから炉内に燃焼用空気と燃料とを噴出させて燃焼させる燃焼設備の燃焼制御方法において、炉内における雰囲気ガスを採取管により酸素濃度センサーに導き、導かれた雰囲気ガスの酸素濃度を前記の酸素濃度センサーにより検知して出力制御装置に出力し、前記の出力制御装置によって検知された酸素濃度の移動平均値を求め、前記の出力制御装置により、酸素濃度の移動平均値に基づいて前記の空気比制御システムを制御し、バーナーに供給する燃焼用空気と燃料との割合を調整するにあたり、バーナーに供給する燃焼用空気と燃料との割合を、所定の制御時間（ｔｘ）毎に段階的に調整することを特徴とする燃焼設備の燃焼制御方法。
- 請求項１に記載の燃焼設備の燃焼制御方法において、酸素濃度の移動平均値に基づいて前記の空気比制御システムを制御し、バーナーに供給する燃焼用空気と燃料との割合を所定の制御時間（ｔｘ）毎に調整するにあたり、前記の制御時間（ｔｘ）が、炉内の雰囲気ガスが前記の採取管により酸素濃度センサーに導かれて酸素濃度が検知されるまでの検知経過時間（ｔａ）以上であることを特徴とする燃焼設備の燃焼制御方法。
- 請求項１又は請求項２に記載の燃焼設備の燃焼制御方法において、前記の出力制御装置によって検知された酸素濃度の移動平均値の変化が、所定範囲から変化する大きさに合わせて、バーナーに供給する燃焼用空気と燃料との割合を変化させる段階を調整し、酸素濃度の移動平均値の変化が所定範囲から大きく変化する場合には、バーナーに供給する燃焼用空気と燃料との割合を変化させる段階を大きくすることを特徴とする燃焼設備の燃焼制御方法。
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